特許 7186204 二次電池及び二次電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-30

(45)【発行日】2022-12-08

(54)【発明の名称】二次電池及び二次電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20221201BHJP

   H01M 4/70 20060101ALI20221201BHJP

   H01M 50/586 20210101ALI20221201BHJP

   H01M 50/591 20210101ALI20221201BHJP

   H01M 4/02 20060101ALN20221201BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 W

H01M4/70 A

H01M50/586

H01M50/591 101

H01M4/02 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020154416

(22)【出願日】2020-09-15

(65)【公開番号】P2022048540

(43)【公開日】2022-03-28

【審査請求日】2022-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107249

【弁理士】

【氏名又は名称】中嶋 恭久

(72)【発明者】

【氏名】坂井 遼太郎

【審査官】前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２０６８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１９８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５３４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５３１５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１０／００－１０／３９

Ｈ０１Ｍ５０／５０－５０／５９８

Ｈ０１Ｍ ４／６４－ ４／８４

Ｈ０１Ｇ１１／００－１１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体を備え、
前記各電極シートは、前記電極体の捲回軸に沿った前記各電極シートの幅方向における一方側の端部に集箔部を有し、正極を構成する前記電極シートの前記集箔部と負極を構成する前記電極シートの前記集箔部とが、前記電極体の捲回軸方向における互いに相反した方向に延出する状態で前記積層されるとともに、前記各電極シート及び前記セパレータが前記捲回された状態で、前記電極体の捲回軸方向両端部に配置された前記各集箔部が束ねられるものであって、
前記各電極シートにおける前記集箔部を有した一方側の幅方向端部を前記各電極シートの第１端部とし、他方側の幅方向端部を前記各電極シートの第２端部として、
正極を構成する前記電極シート及び負極を構成する前記電極シートの少なくとも一方の
前記第２端部には、前記各電極シート及び前記セパレータが前記捲回された状態において、前記電極体の径方向外側に向かって突出することにより前記セパレータに係合する係合突部が設けられた二次電池。

【請求項2】

前記係合突部は、少なくとも前記電極体における径方向の最外郭に位置する前記第１端部との間に前記セパレータを挟む径方向位置において、該セパレータに係合するように構成される請求項１に記載の二次電池。

【請求項3】

前記電極体は、径方向に扁平した捲回形状を有する
請求項１又は請求項２に記載の二次電池。

【請求項4】

前記各電極シートは、シート状の集電体と該集電体に積層された電極活物質層とを有するものであって、
前記係合突部は、前記第２端部に形成された前記電極活物質層を有しない未塗工部に設けられている請求項１～請求項３の何れか一項に記載の二次電池。

【請求項5】

前記電極体は、前記係合突部と該係合突部の径方向外側に位置する前記第１端部との間に設けられた保護層を有する請求項１～請求項４の何れか一項に記載の二次電池。

【請求項6】

前記保護層は、前記セパレータに積層された絶縁被膜層である
請求項５に記載の二次電池。

【請求項7】

前記保護層は、前記第１端部に積層された絶縁被膜層である
請求項５又は請求項６に記載の二次電池。

【請求項8】

セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体を備え、前記各電極シートは、前記電極体の捲回軸に沿った前記各電極シートの幅方向における一方側の端部に集箔部を有し、正極を構成する前記電極シートの前記集箔部と負極を構成する前記電極シートの前記集箔部とが、前記電極体の捲回軸方向における互いに相反した方向に延出する状態で前記積層されるとともに、前記各電極シート及び前記セパレータが前記捲回された状態で、前記電極体の捲回軸方向両端部に配置された前記各集箔部が束ねられる二次電池の製造方法であって、
前記各電極シートにおける前記集箔部を有した一方側の幅方向端部を前記各電極シートの第１端部とし、他方側の幅方向端部を前記各電極シートの第２端部として、
正極を構成する前記電極シート及び負極を構成する前記電極シートの少なくとも一方の前記第２端部に対し、前記各電極シート及び前記セパレータが前記捲回された状態で前記電極体の径方向外側に向かって突出する係合突部を形成する工程と、
前記各集箔部を束ねる集箔工程の実行前に、前記捲回された前記各電極シート及び前記セパレータを径方向に押圧することにより前記係合突部を前記セパレータに係合させる工程と、を備える二次電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池及び二次電池の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体を備えた二次電池がある。例えば、特許文献１に記載の二次電池において、各電極シートは、それぞれ、シート状の外形を有した集電体に電極活物質を塗工することにより形成されている。また、各電極シートは、それぞれ、その電極体の捲回軸に沿った各電極シートの幅方向における一方側の端部に、電極活物質の塗工されていない未塗工部を有している。更に、これらの未塗工部を各電極シートの集箔部として、その正極を構成する電極シートの集箔部と、負極を構成する電極シートの集箔部とが、互いに独立した状態で束ねられる。即ち、この従来例の二次電池においては、正極を構成する電極シートの集箔部と負極を構成する電極シートの集箔部とが、電極体の捲回軸方向における互いに相反した方向に延出する状態で各電極シートが積層される。そして、これにより、その電極体の捲回軸方向における一方側の端部に正極側の接続端子が形成され、他方側の端部に負極側の接続端子が形成される構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－７４３２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来技術の構成には、各電極シートの集箔部を束ねる集箔工程において、その電極体の捲回軸方向に沿って、正負の電極シートが互いに相反する方向に引っ張られるという問題がある。そして、これにより、その電極体を構成する電極シート及びセパレータに設定された捲回軸方向の位相差にズレが生ずる可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する二次電池は、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体を備え、前記各電極シートは、前記電極体の捲回軸に沿った前記各電極シートの幅方向における一方側の端部に集箔部を有し、正極を構成する前記電極シートの前記集箔部と負極を構成する前記電極シートの前記集箔部とが、前記電極体の捲回軸方向における互いに相反した方向に延出する状態で前記積層されるとともに、前記各電極シート及び前記セパレータが前記捲回された状態で、前記電極体の捲回軸方向両端部に配置された前記各集箔部が束ねられるものであって、前記各電極シートにおける前記集箔部を有した一方側の幅方向端部を前記各電極シートの第１端部とし、他方側の幅方向端部を前記各電極シートの第２端部として、正極を構成する前記電極シート及び負極を構成する前記電極シートの少なくとも一方の前記第２端部には、前記各電極シート及び前記セパレータが前記捲回された状態において、前記電極体の径方向外側に向かって突出することにより前記セパレータに係合する係合突部が設けられる。

【0006】

即ち、電極シートの第２端部に設けられた係合突部が、各電極シートとともに捲回されたセパレータに対して係合することにより、電極シートとセパレータとの相対位置が変化し難くなる。従って、上記構成によれば、集箔工程において各電極シートの集箔部を束ねる際、電極体の捲回軸に沿って、正負の電極シートに相反する方向の引張力が作用した場合であっても、その電極シート及びセパレータの位相差ズレを抑制することができる。

【0007】

上記課題を解決する二次電池において、前記係合突部は、少なくとも前記電極体における径方向の最外郭に位置する前記第１端部との間に前記セパレータを挟む径方向位置において、該セパレータに係合するように構成されることが好ましい。

【0008】

上記構成によれば、より効果的に、電極シート及びセパレータの位相差ズレを抑制することができる。
上記課題を解決する二次電池において、前記電極体は、径方向に扁平した捲回形状を有することが好ましい。

【0009】

上記構成によれば、捲回された各電極シート及びセパレータを扁平させるプレス工程において、これらの各電極シート及びセパレータを径方向外側から押圧することにより、その係合突部をセパレータに係合させることができる。そして、これにより、効果的に、電極シート及びセパレータの位相差ズレを抑制することができる。

【0010】

上記課題を解決する二次電池において、前記各電極シートは、シート状の集電体と該集電体に積層された電極活物質層とを有するものであって、前記係合突部は、前記第２端部に形成された前記電極活物質層を有しない未塗工部に設けられていることが好ましい。

【0011】

上記構成によれば、加工容易な未塗工部に係合突部を設けることで、高い設計自由度を確保することができる。そして、これにより、その係合突部の係合力を高めて、より効果的に、電極シート及びセパレータの位相差ズレを抑制することができる。

【0012】

上記課題を解決する二次電池において、前記電極体は、前記係合突部と該係合突部の径方向外側に位置する前記第１端部との間に設けられた保護層を有することが好ましい。
上記構成によれば、セパレータに係合する係合突部の先端がセパレータを突き抜けて、その径方向外側に位置する各電極シートの第１端部に接触する状況を回避することができる。そして、これにより、電極体の捲回軸方向両端部において、セパレータを挟んで径方向に交互に並ぶ、その集箔部を有した第１端部と係合突部を有した第２端部６２との短絡を回避することができる。

【0013】

上記課題を解決する二次電池において、前記保護層は、前記セパレータに積層された絶縁被膜層であることが好ましい。
上記課題を解決する二次電池において、前記保護層は、前記第１端部に積層された絶縁被膜層であることが好ましい。

【0014】

上記各構成によれば、電極シートの第２端部に設けられた係合突部と当該係合突部の径方向外側に位置する電極シートの第１端部との間に硬質の保護層を形成することができる。そして、これにより、係合突部と、この係合突部の径方向外側に位置する電極シートの第１端部との接触を回避することができる。

【0015】

上記課題を解決する二次電池の製造方法は、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体を備え、前記各電極シートは、前記電極体の捲回軸に沿った前記各電極シートの幅方向における一方側の端部に集箔部を有し、正極を構成する前記電極シートの前記集箔部と負極を構成する前記電極シートの前記集箔部とが、前記電極体の捲回軸方向における互いに相反した方向に延出する状態で前記積層されるとともに、前記各電極シート及び前記セパレータが前記捲回された状態で、前記電極体の捲回軸方向両端部に配置された前記各集箔部が束ねられる二次電池の製造方法であって、前記各電極シートにおける前記集箔部を有した一方側の幅方向端部を前記各電極シートの第１端部とし、他方側の幅方向端部を前記各電極シートの第２端部として、正極を構成する前記電極シート及び負極を構成する前記電極シートの少なくとも一方の前記第２端部に対し、前記各電極シート及び前記セパレータが前記捲回された状態で前記電極体の径方向外側に向かって突出する係合突部を形成する工程と、前記各集箔部を束ねる集箔工程の実行前に、前記捲回された前記各電極シート及び前記セパレータを径方向に押圧することにより前記係合突部を前記セパレータに係合させる工程と、を備える二次電池の製造方法。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、電極シート及びセパレータの位相差ズレを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】二次電池の斜視図。

【図2】電極体の分解図。

【図3】二次電池の側面図。

【図4】電極体の断面図。

【図5】電極シートの第２端部に設けられた係合突部を示す電極体の断面図。

【図6】電極体を製造する際の処理手順を示すフローチャート。

【図7】係合突部の製造方法を示す断面図。

【図8】係合突部の反り形状に関する試験結果の説明図。

【図9】係合突部の反り形状についての説明図。

【図10】第２の実施形態における電極シートの第２端部に設けられた係合突部を示す電極体の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［第１の実施形態］
以下、二次電池に関する第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、二次電池１は、正極３、負極４、及びセパレータ５を一体化した電極体１０と、この電極体１０を収容するケース２０と、を備えている。そして、本実施形態の二次電池１は、そのケース２０内の電極体１０に、図示しない非水性の電解液を含浸させたリチウムイオン二次電池としての構成を有している。

【0019】

詳述すると、本実施形態の二次電池１において、正極３、負極４、及びセパレータ５は、シート状の外形を有して積層される。そして、これら正極３及び負極４、及びセパレータ５の積層体を捲回することにより、正極３と負極４との間にセパレータ５を挟み込む状態で、その径方向に正負の電極とセパレータ５とが交互に並ぶ電極体１０が形成されている。

【0020】

また、本実施形態のケース２０は、扁平略四角箱状のケース本体２１と、このケース本体２１の開口端２１ｘを閉塞する蓋部材２２と、を備えている。そして、本実施形態の電極体１０は、径方向外側から押圧されることにより、そのケース２０の箱形状に対応する扁平した外形を有するものとなっている。

【0021】

さらに詳述すると、図２に示すように、本実施形態の二次電池１において、正極３及び負極４は、それぞれ、シート状の外形を有した集電体３１と、この集電体３１上に積層された電極活物質層３２と、を備えた電極シート３５としての構成を有する。

【0022】

具体的には、アルミニウム等を素材とする正極集電体３１Ｐ上に、正極活物質となるリチウム遷移金属酸化物を含んだスラリーを塗工することにより、その正極活物質層３２Ｐを備えた正極３用の電極シート３５Ｐが形成される。また、銅等を素材とする負極集電体３１Ｎ上に、負極活物質となる炭素系材料を含んだスラリーを塗工することにより、その負極活物質層３２Ｎを備えた負極４用の電極シート３５Ｎが形成される。更に、本実施形態の二次電池１において、これら正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎは、帯状に整形される。そして、本実施形態の電極体１０は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎが、その帯形状の幅方向（図２中、左右方向）に延びる捲回軸Ｌ周りに捲回された構造を有している。

【0023】

尚、図２中においては、その正極３を構成する電極シート３５Ｐを内側に捲き込むかたちで、セパレータ５及び各電極シート３５が捲回されているが、この図は、電極体１０の構造を示す一例であり、その負極４を構成する電極シート３５Ｎを内側に捲き込むかたちで、これらのセパレータ５及び各電極シート３５が捲回される場合もある。そして、これにより、その電極体１０の最外殻に配置される電極シート３５が、正極３を構成する電極シート３５Ｐであるか、又は負極４を構成する電極シート３５Ｎであるかが決定される。

【0024】

また、図１に示すように、ケース２０の蓋部材２２には、ケース２０の外側に突出する正極端子３７及び負極端子３８が設けられている。更に、図２に示すように、各電極シート３５には、それぞれ、その集電体３１上に電極活物質層３２が形成されていない未塗工部３９が形成されている。そして、本実施形態の二次電池１は、これらの未塗工部３９を利用して、その正極３を構成する電極シート３５Ｐと正極端子３７とが電気的に接続され、及び、その負極４を構成する電極シート３５Ｎと負極端子３８とが電気的に接続される構成となっている。

【0025】

具体的には、図１及び図２に示すように、本実施形態の電極体１０は、その捲回軸Ｌが長尺略矩形板状をなす蓋部材２２の長手方向（図１中、左右方向）に沿う状態で、ケース本体２１内に収容される。また、この電極体１０は、その捲回軸Ｌの一端側（図２中、左側の端部）に正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐを有し、他端側（同図中、右側の端部）に負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎを有している。更に、本実施形態の二次電池１においては、この状態で、その正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐと正極端子３７とが接続部材３７ｘを介して接続されるとともに、その負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎと負極端子３８とが接続部材３８ｘを介して接続される。そして、本実施形態の二次電池１は、その後、ケース本体２１の開口端２１ｘに対して蓋部材２２を接合することにより、その正極３と正極端子３７、及び負極４と負極端子３８とが電気的に接続された状態で、この電極体１０をケース２０内に封缶する構成となっている。

【0026】

尚、本実施形態の二次電池１において、ケース本体２１及び蓋部材２２は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属材料を用いて形成される。そして、これらのケース本体２１及び蓋部材２２は、例えば、レーザー溶接等を用いて液密に接合される。

【0027】

また、図３に示すように、二次電池１は、その電極体１０とともにケース２０内に収容される絶縁フィルム４１を備えている。更に、この絶縁フィルム４１は、ケース本体２１の開口端２１ｘ側に開口する袋形状を有してケース２０内に収容される。そして、本実施形態の二次電池１は、この絶縁フィルム４１の袋形状内に電極体１０を配置することで、その電極体１０とケース２０とが絶縁される構成になっている。

【0028】

更に、図１に示すように、本実施形態の二次電池１においては、蓋部材２２に設けられた注入口４２を介して、そのケース２０内に電解液が注入される。即ち、リチウムイオン二次電池としての構成を有する二次電池１の電解液には、有機溶媒中に支持塩となるリチウム塩を溶解させたものが用いられる。そして、本実施形態の二次電池１は、これにより、そのケース２０内に封缶された電極体１０に対して電解液が含浸される構成になっている。

【0029】

尚、本実施形態の二次電池１において、注入口４２は、長尺略矩形板状をなす蓋部材２２の長手方向略中央部分に形成された安全弁４３の近傍に設けられている。また、ケース２０内には、その含浸により電極体１０に保持させる液量を超えた余剰の電解液が注入される。そして、本実施形態の二次電池１は、電解液の注入後、例えば、レーザー溶接等によって、その注入口４２が封止される構成となっている。

【0030】

（電極シート及びセパレータの位相差ズレ抑制構造）
次に、本実施形態の二次電池１において、その電極体１０に形成された電極シート及びセパレータの位相差ズレ抑制構造について説明する。

【0031】

図２及び図４に示すように、本実施形態の二次電池１において、セパレータ５とともに捲回されることにより電極体１０を構成する各電極シート３５は、その電極体１０の捲回軸Ｌに沿った幅方向における一方側の端部に設けられた未塗工部３９を集箔部５０として、この捲回軸方向に延出した集箔部５０が、電極体１０の径方向内側に束ねられる。詳しくは、この集箔部５０は、その扁平した電極体１０の厚み方向に束ねられる（図４中、下側）。そして、本実施形態の二次電池１においては、この束ねられた集箔部５０によって、その電極体１０における正負の接続端子５５が形成されている。

【0032】

即ち、図１及び図２に示すように、本実施形態の二次電池１において、各電極シート３５は、その正極３を構成する電極シート３５Ｐの集箔部５０Ｐと負極４を構成する電極シート３５Ｎの集箔部５０Ｎとが、電極体１０の捲回軸方向における互いに相反した方向に延出する状態で、セパレータ５を挟んで積層される。そして、本実施形態の電極体１０は、これにより、その電極体１０の捲回軸方向における一方側の端部に正極３側の接続端子５５Ｐが形成され、他方側の端部に負極４側の接続端子５５Ｎが形成される構成になっている。

【0033】

また、図４及び図５に示すように、本実施形態の各電極シート３５は、その集箔部５０が設けられた一方側の幅方向端部を第１端部６１とし、他方側の幅方向端部を第２端部６２とした場合に、この第２端部６２に設けられた係合突部６５を備えている。具体的には、この係合突部６５は、第２端部６２の端面６２ｓから突出して、その先端６５ｘが電極体１０の径方向外側に向かって延びる略鉤状の断面形状を有している。そして、本実施形態の電極体１０は、各電極シート３５及びセパレータ５が捲回された状態において、この係合突部６５が、その正負の電極シート３５の間に介在されたセパレータ５に対して係合する構成になっている。

【0034】

即ち、上記のように、本実施形態の電極体１０は、その径方向（図４及び図５中、上下方向）に正負の電極シート３５とセパレータ５とが交互に並ぶ断面構造を有している。このため、この電極体１０の捲回軸方向両端部（各図中、右側の端部）においては、そのセパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５のうち、一方の電極シート３５の第１端部６１と、他方の電極シート３５の第２端部６２とが、その径方向において、交互に並んで配置されている。更に、本実施形態の電極体１０において、セパレータ５は、これらの第１端部６１及び第２端部６２が接触しないように、その幅方向端部６３が、各電極シート３５の第２端部６２よりも電極体１０の捲回軸方向に延出して配置される幅広さを有している（図２参照）。そして、本実施形態の電極体１０においては、これにより、各電極シート３５の第２端部６２に設けられた係合突部６５の先端６５ｘが、電極体１０の捲回軸方向における第１端部６１に設けられた集箔部５０の基端部分において、その径方向外側に位置するセパレータ５に食い込むかたちで係合する構成になっている。

【0035】

詳述すると、本実施形態の各電極シート３５は、第２端部６２側にも、その集電体３１上に電極活物質が塗工されない未塗工部６９を有している。そして、本実施形態の各電極シート３５においては、この未塗工部６９を塑性加工することにより、その係合突部６５が形成されている。

【0036】

図６に示すように、本実施形態の電極体１０は、各電極シート３５及びセパレータ５を製造して積層する電極製造工程（ステップ１０１）、その捲回工程（ステップ１０２）、電極体１０の扁平した捲回形状を形成するプレス工程（ステップ１０３）、及び、その集箔部５０を束ねる集箔工程（ステップ１０４）を順次実行することにより形成される。そして、上記係合突部６５は、上記ステップ１０１の電極製造工程において、正負の電極シート３５を製造する際、その第２端部６２を切断することにより形成される。

【0037】

さらに詳述すると、図７に示すように、本実施形態の二次電池１においては、電極シート３５の製造する際、集電体３１を構成する母材シート７０に対して電極活物質を含んだスラリーを塗布する際、スリット状の隙間７１を空けた状態で、その塗工が行われる。更に、これにより形成されたスリット状に延びる未塗工部６９に沿って、その集電体３１上に電極活物質層３２が形成された母材シート７０の裁断が行われる。そして、このスリット工程の実行により、その母材シート７０が裁断された位置の両側に、所定幅の帯形状を有した電極シート３５，３５が形成される。

【0038】

つまり、本実施形態の各電極シート３５は、それぞれ、このスリット工程で裁断されることにより形成された幅方向端部を、その未塗工部６９を有した第２端部６２とする。更に、本実施形態の各電極シート３５においては、この第２端部６２側の未塗工部６９を厚み方向（図７中、上下方向）に挟み込む態様で母材シート７０を裁断するスリット刃７２，７２の押圧力に基づいて、その第２端部６２側の未塗工部６９が塑性変形する。そして、本実施形態の二次電池１においては、この裁断された未塗工部６９の塑性変形量を制御することで、その各電極シート３５の第２端部６２に上記係合突部６５を形成する構成となっている。

【0039】

即ち、第２端部６２側の未塗工部６９は、スリット工程において、スリット刃７２，７２のクリアランスを一定以上として裁断されることにより、その裁断された端面が、電極シート３５の厚み方向に反る状態で塑性変形する。更に、本実施形態の二次電池１においては、スリット工程に用いるスリット刃７２の厚みやクリアランス、或いは裁断時の押圧力等を調整することにより、その裁断により塑性変形した未塗工部６９の反り形状（うねり高さや角度等）を制御する。例えば、スリット刃７２，７２のクリアランスを調整することにより、その電極シート３５の厚み方向における反り形状の高さとなる「うねり高さ」を制御することができる。そして、本実施形態の二次電池１では、これにより、各電極シート３５の第２端部６２に、各電極シート３５の長さ方向、つまりは電極体１０の周方向に延在する状態で、その第２端部６２の端面６２ｓから突出する断面略鉤状の係合突部６５を形成する構成になっている。

【0040】

また、図６に示すように、本実施形態の二次電池１においては、ステップ１０３のプレス工程において、電極体１０の扁平した捲回形状を形成する際に、その各電極シート３５の第２端部６２に設けられた係合突部６５が、これらの各電極シート３５とともに捲回されたセパレータ５に対して係合する。

【0041】

即ち、上記のように、本実施形態の係合突部６５は、その先端６５ｘが電極体１０の径方向外側に向かって突出する略鉤状の断面形状を有している。このため、捲回された各電極シート３５及びセパレータ５を扁平させるべく、その径方向外側から押圧することで、各電極シート３５の第２端部６２に設けられた係合突部６５の先端６５ｘが、その径方向外側に位置するセパレータ５に対して食い込むかたちで係合することになる。そして、本実施形態の二次電池１は、プレス工程の実行により、その係合突部６５が、少なくとも電極体１０における径方向の最外郭に位置する電極シート３５の第１端部６１Ｘ（図４参照）との間にセパレータ５を挟む径方向位置において、そのセパレータ５に係合するように構成されている。

【0042】

次に、係合突部６５の反り形状に関する試験結果について説明する。
図８及び図９に示すように、先ず、電極シート３５の厚み方向に反った係合突部６５のうねり高さＨを「０」に設定する「試験１」を行った。この「試験１」においては、そのプレス工程（図６参照、ステップ１０３）の実行によっても、係合突部６５の先端６５ｘが、その径方向外側に位置するセパレータ５に食い込まなかった。そして、これにより、集箔工程（図６参照、ステップ１０４）において、その電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレが生じた。即ち、電極体１０の捲回軸方向となる電極シート３５及びセパレータ５の幅方向において、これらの電極シート３５及びセパレータ５に予め設定された相互位置関係（図２参照）にズレが生ずる、つまりは互いの位相がズレてしまう結果となった。

【0043】

次に、係合突部６５のうねり高さＨを電極シート３５における電極活物質層３２の厚みＤ１以下に設定する「試験２」を行った（Ｈ≦Ｄ１）。尚、この場合における「電極活物質層３２の厚み」は、シート状をなす集電体３１の両面に形成された各電極活物質層３２のうち、径方向外側に配置される一方側（図９中、上側の層）の厚みである。また、この「試験２」において、係合突部６５のうねり高さＨは、電極活物質層３２の厚みＤ１の「１／２」に相当する値「ｈ１」に設定された（ｈ１＝Ｄ１×（１／２））。そして、この「試験２」においてもまた、係合突部６５は、その径方向外側に位置するセパレータ５に食い込まず、その集箔工程において、電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレが生ずる結果となった。

【0044】

更に、係合突部６５のうねり高さＨを、電極シート３５における電極活物質層３２の厚みＤ１よりも大きな値に設定する「試験３」を行った（Ｈ＞Ｄ１）。具体的には、この「試験３」において、係合突部６５のうねり高さＨは、電極活物質層３２の厚みＤ１にセパレータ５の厚みＤ２の「１／２」に相当する値を加えた値「ｈ２」に設定された（ｈ２＝Ｄ１＋Ｄ２×（１／２））。その結果、この「試験３」においては、プレス工程の実行により、係合突部６５の先端６５ｘが、その径方向外側に位置するセパレータ５に食い込んだ。そして、これにより、集箔工程の実行によっても、電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレは生じなかった。

【0045】

次に、係合突部６５のうねり高さＨを、電極シート３５における電極活物質層３２の厚みＤ１にセパレータ５の厚みＤ２を加えた値以上に設定する「試験４」を行った（Ｈ≧Ｄ１＋Ｄ２）。具体的には、この「試験４」において、その係合突部６５のうねり高さＨは、電極活物質層３２の厚みＤ１にセパレータ５の厚みＤ２の「２倍」に相当する値を加えた値「ｈ３」に設定された（ｈ３＝Ｄ１＋Ｄ２×２）。その結果、この「試験４」においては、プレス工程の実行により、係合突部６５の先端６５ｘが、その径方向外側に位置するセパレータ５を突き抜けた。そして、これにより、集箔工程の実行による位相差ズレは生じなかったものの、セパレータ５を突き抜けた係合突部６５の先端６５ｘが、その径方向外側に位置する電極シート３５の第１端部６１に接触し、短絡が生ずる結果となった。

【0046】

以上の試験結果を踏まえ、本実施形態の二次電池１においては、係合突部６５の先端６５ｘが、その径方向外側に位置するセパレータ５に食い込むとともに、このセパレータ５を突き抜けない程度に、その係合突部６５のうねり高さＨが設定されている。

【0047】

具体的には、係合突部６５のうねり高さＨは、例えば、電極活物質層３２の厚みＤ１以上に設定することが好ましい（Ｈ≧Ｄ１）。より好ましくは、そのうねり高さＨが、電極活物質層３２の厚みＤ１にセパレータ５の厚みＤ２の「１／４」に相当する値を加えた値以上であるとよい（Ｈ≧Ｄ１＋Ｄ２×（１／４））。更に、より好ましくは、そのうねり高さＨが、電極活物質層３２の厚みＤ１にセパレータ５の厚みＤ２の「１／２」に相当する値を加えた値以上であるとよい（Ｈ≧Ｄ１＋Ｄ２×（１／２））。そして、本実施形態の二次電池１は、このような反り形状を係合突部６５に設定することで、その径方向外側に位置するセパレータ５に対する係合突部６５の安定的な係合状態を確保して、好適に、その電極体１０の捲回軸方向における電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレを抑制することが可能になっている。

【0048】

次に、本実施形態の作用について説明する。
即ち、各電極シート３５の第２端部６２に設けられた係合突部６５が、これらの各電極シート３５とともに捲回されたセパレータ５に対して係合することにより、各電極シート３５とセパレータ５との相対位置が変化し難くなる。そして、これにより、集箔工程において各電極シート３５の集箔部５０を束ねる際、電極体１０の捲回軸Ｌに沿って、正負の電極シート３５に相反する方向の引張力が作用した場合であっても、その電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレが生じ難くなる。

【0049】

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）二次電池１は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５を捲回してなる電極体１０を備える。各電極シート３５は、電極体１０の捲回軸Ｌに沿った各電極シート３５の幅方向における一方側の端部に集箔部５０を有し、正極３を構成する電極シート３５Ｐの集箔部５０Ｐと負極４を構成する電極シート３５Ｎの集箔部５０Ｎとが、電極体１０の捲回軸方向における互いに相反した方向に延出する状態で積層される。また、各電極シート３５は、これらの各電極シート３５及びセパレータ５が捲回された状態で、その捲回軸方向両端部に配置された各集箔部５０が束ねられる。更に、各電極シート３５における集箔部５０を有した一方側の幅方向端部を各電極シート３５の第１端部６１とし、他方側の幅方向端部を各電極シート３５の第２端部６２とした場合に、この第２端部６２には、係合突部６５が設けられる。そして、二次電池１は、各電極シート３５及びセパレータ５が捲回された状態において、その係合突部６５が、電極体１０の径方向外側に向かって突出することによりセパレータ５に係合するように構成される。

【0050】

上記構成によれば、各電極シート３５とセパレータ５との間の相対位置変化が抑えられる。そして、これにより、その電極体を構成する電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレを抑制することができる。

【0051】

（２）係合突部６５は、少なくとも電極体１０における径方向の最外郭に位置する電極シート３５の第１端部６１Ｘとの間にセパレータ５を挟む径方向位置において、そのセパレータ５に係合するように構成される。これにより、より効果的に、電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレを抑制することができる。

【0052】

（３）電極体１０は、径方向に扁平した捲回形状を有する。そして、係合突部６５は、その捲回された各電極シート３５及びセパレータ５を扁平させるプレス工程において、これらの各電極シート３５及びセパレータ５を径方向外側から押圧することにより、セパレータ５に対して係合される。これにより、容易且つ確実に、その係合突部６５をセパレータ５に係合させることができる。

【0053】

（４）各電極シート３５は、シート状の集電体３１と、この集電体３１上に積層された電極活物質層３２と、を有する。そして、係合突部６５は、各電極シート３５の第２端部６２に形成された電極活物質層３２を有しない未塗工部６９に設けられる。

【0054】

即ち、加工容易な未塗工部６９に係合突部６５を設けることで、高い設計自由度を確保することができる。そして、これにより、その係合突部６５の係合力を高めて、より効果的に、電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレを抑制することができる。

【0055】

（５）係合突部６５は、集電体３１上に電極活物質層３２が形成された母材シート７０を裁断するスリット工程において、電極シート３５の第２端部６２を切断することにより形成される。

【0056】

即ち、電極シート３５の第２端部６２を切断することで、その厚み方向に反る状態で、この第２端部６２を塑性変形させることができる。そして、そのスリット工程に用いるスリット刃７２の厚みやクリアランス、或いは裁断時の押圧力等を調整することにより、その裁断により塑性変形した未塗工部６９の反り形状を制御することができる。そして、これにより、製造容易に、電極シート３５の第２端部６２に係合突部６５を形成することができる。

【0057】

［第２の実施形態］
以下、二次電池に関する第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

【0058】

図１０に示すように、本実施形態の二次電池１Ｂにおいて、セパレータ５Ｂは、各電極シート３５Ｂとともに捲回された状態において、その電極体１０Ｂの径方向外側に臨む外側面５ａに積層された絶縁被膜層８１を有している。具体的には、この絶縁被膜層８１は、絶縁性の金属酸化物を用いて形成されることにより、熱抵抗層（HRL:Heat Resistance Layer）としての機能を有している。そして、この絶縁被膜層８１は、電極体１０Ｂの捲回軸方向において、少なくとも各電極シート３５Ｂの第２端部６２に設けられた係合突部６５がセパレータ５Ｂに係合する位置を含んで形成されている。

【0059】

また、本実施形態の各電極シート３５Ｂは、その第１端部６１に積層された絶縁被膜層８２を有している。具体的には、この絶縁被膜層８２は、絶縁性の金属酸化物を用いて形成されることにより、異物の混入による短絡の発生を回避する短絡防止層としての機能を有している。更に、この絶縁被膜層８２は、各電極シート３５Ｂがセパレータ５Ｂを挟んで捲回された状態において、その電極体１０Ｂの径方向内側に臨む第１端部６１の内側面６１ｃに積層されている。そして、この絶縁被膜層８２は、その集箔部５０となる未塗工部３９を被覆することにより、電極体１０Ｂの捲回軸方向において、少なくとも各電極シート３５Ｂの第２端部６２に設けられた係合突部６５がセパレータ５Ｂに係合する位置を含んで形成されている。

【0060】

更に、本実施形態の電極体１０Ｂにおいては、これらの各絶縁被膜層８１，８２が、各電極シート３５Ｂの第２端部６２に設けられた係合突部６５と、その径方向外側に位置する各電極シート３５Ｂの第１端部６１との間に設けられた保護層９０として機能する。即ち、セパレータ５Ｂに食い込むかたちで係合する係合突部６５の先端６５ｘが、そのセパレータ５Ｂを突き抜けた場合であっても、このセパレータ５Ｂの径方向外側に硬質の保護層９０が形成されていることにより、その係合突部６５と、この係合突部６５の径方向外側に位置する各電極シート３５Ｂの第１端部６１との接触が回避される。そして、本実施形態の電極体１０Ｂは、これにより、この電極体１０Ｂの捲回軸方向両端部において、セパレータ５Ｂを挟んで径方向に交互に並ぶ、その集箔部５０を有した第１端部６１と係合突部６５を有した第２端部６２とが短絡し難い構成となっている。

【0061】

以上、本実施形態によれば、より高い信頼性を確保することができる。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0062】

・上記各実施形態では、係合突部６５は、第２端部６２の未塗工部６９に設けられることとしたが、第２端部６２における係合突部６５の形成位置は、必ずしも未塗工部６９でなくともよい。

【0063】

・更に、係合突部６５は、集電体３１上に電極活物質層３２が形成された母材シート７０を裁断するスリット工程において、電極シート３５の第２端部６２を切断することにより形成されることとしたが、その形成方法は、任意に変更してもよい。そして、各電極シート３５がセパレータ５とともに捲回された状態において、その径方向外側に突出してセパレータ５に係合するものであれば、係合突部６５の形状についてもまた、任意に変更してもよい。

【0064】

例えば、係合突部６５の断面形状は、必ずしも上記実施形態と同様の鉤状ではなくともよい。但し、セパレータ５との係合力を考慮した場合、係合突部６５の先端６５ｘが、各電極シート３５の面方向に対して直交する方向に、より近い角度で突出していることが望ましい。そして、必ずしも、その係合突部６５のが、電極体１０の周方向となる各電極シート３５の長さ方向全域に亘って延在する形状でなくともよい。

【0065】

・係合突部６５の形成方法としては、例えば、電極シート３５の第２端部６２を切断した後、その切断された端部を曲げ加工する等の方法を挙げることができる。そして、電極シート３５の厚み方向における係合突部６５の突出量、つまりは、捲回状態において、その電極体１０の径方向外側に向かう突出量についてもまた、この係合突部６５が径方向外側に位置するセパレータ５に係合するものであれば、任意に変更してもよい。

【0066】

・また、係合突部６５は、必ずしも正負の電極シート３５の両方に設けられていなくともよく、例えば、正極３を構成する電極シート３５Ｐの第２端部６２又は負極４を構成する電極シート３５Ｎの第２端部６２の何れか一方に設けられる構成であってもよい。そして、このように形状や配置を変更した場合であっても、少なくとも電極体１０における径方向の最外郭に位置する電極シート３５の第１端部６１Ｘとの間にセパレータ５を挟む径方向位置において、その係合突部６５がセパレータ５に係合するように構成されることが好ましい。

【0067】

・上記第２の実施形態では、セパレータ５Ｂの外側面５ａに積層された絶縁被膜層８１と、各電極シート３５Ｂの第１端部６１における内側面６１ｃに積層された絶縁被膜層８２を有する。そして、これら金属酸化物からなる硬質の絶縁被膜層８１，８２を保護層９０とすることで、各電極シート３５Ｂの第２端部６２に設けられた係合突部６５がセパレータ５Ｂを突き抜けることによりセパレータ５Ｂを挟んで径方向に交互に並ぶ各電極シート３５Ｂの第１端部６１と第２端部６２の係合突部６５とが短絡する状況を回避することとした。

【0068】

しかし、これに限らず、上記各絶縁被膜層８１，８２のうちの何れか一方を備える構成であってもよい。また、保護層９０は、必ずしも絶縁被膜層８１，８２でなくともよく、例えば、金属酸化物以外の組成を有するものであってもよい。更に、保護層９０は、必ずしも硬質なものでなくともよく、係合突部６５との各電極シート３５Ｂの第１端部６１との間に介在されたセパレータ５Ｂの厚みを増すことにより、その突き抜けを抑制するものであってもよい。そして、この場合、例えば、電極体１０Ｂの径方向内側に臨むセパレータ５Ｂの内側面５ｃに積層された保護層９０に対し、その係合突部６５の先端６５ｘが食い込むような構成であってもよい。

【0069】

・上記各実施形態では、電極体１０は、径方向に扁平した捲回形状を有することとしたが、必ずしも扁平していなくともよい。但し、この場合においても、各集箔部５０を束ねる集箔工程（図６参照、ステップ１０４）の実行前に、捲回された各電極シート３５及びセパレータ５を径方向に押圧することにより、その係合突部６５をセパレータ５に係合させるとよい。これにより、効果的に、電極シート３５及びセパレータ５の位相差ズレを抑制することができる。

【0070】

・上記各実施形態では、二次電池１は、リチウムイオン二次電池としての構成を有することとしたが、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５を捲回してなる電極体１０を備える構成であれば、リチウムイオン電池以外の二次電池に適用してもよい。

【符号の説明】

【0071】

１…二次電池
３…正極
４…負極
５…セパレータ
１０…電極体
３５，３５Ｐ，３５Ｎ…電極シート
５０，５０Ｐ，５０Ｎ…集箔部
６１…第１端部
６２…第２端部
６５…係合突部
Ｌ…捲回軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】